1、江南大学电气控制及PLC课程设计 说明书题目：抢答器PLC控制系统设计班级：自动化0803班学号：0704080304姓名：陈曦成绩： 概述2Outline31设计目的与要求61.1设计目的61.2设计要求62硬件电路设计72.1 PLC机型选择步骤与原则72.2控制要求分析102.3抢答器电路分析图112.4程序流程图123.软件设计133.1I/O分配133.2根据控制要求进行梯形图设计143.3 STL语言244.课程设计总结285.参考文献29概述：近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广
2、泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。PLC型抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。通过设计一个抢答器，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们
3、掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力关键词：PLC 抢答器绪论在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主断出第一个抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手
4、段指示第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。通过这次设计，掌握PIC单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答
5、器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。1. 设计目的与要求 1.1 设计目的抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。1.2 设计要求1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮SB0 SB7表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关REST/START，该开关由主持人控制。3
6、）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答2. 硬件电路设计2.1PLC机型选择步骤与原则机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便
7、以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的；其它情况则最好选用模块式结构的。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。(一) 合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个IO点的平均价格比
8、模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在IO点数、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。(二) 安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
9、(三)相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。(四)响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该
10、慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。(五)系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。(六)机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。PLC的容量包括IO点数和用户存储容量两个方面。(一)IO点数
11、的选择PLC平均的IO点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的IO点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少，但必须留有一定的裕量。通常IO点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上1015的裕量来确定。(二) 存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。PLC的IO点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加2030的裕
12、量。存储容量（字节）开关量IO点数10 模拟量IO通道数100另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。2.2 控制要求分析当主持人打开启动开关后，在设定时间TO 内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效;在抢答成功后，定时器停止工作。显示器显示选手的编号和抢答的时间。主持人打开开关S，系统清零。2.3 抢答电路分析HR2HR1SB HL1PSB1 HL2SB2 HL3SB3 HL4￥SB4 HL5LSB5 HL6SB6 HL7&SB7 HL8SB88 HL9 HL15HL14H
13、L13HL12HL11HL10C HL16 HL21HL20HL19HL18HL17 HL22 HL23 HL28HL27HL26HL25HL24 HL292.4 I/O接线图2.5 程序流程图3. 软件设计3.1 I/O分配表I/O分配表：输入SBI1.0 主持人开关SB1I0.0 1号选手按纽SB2I0.1 2号选手按纽SB3I0.2 3号选手按纽SB4I0.3 4号选手按纽SB5I0.4 5号选手按纽SB6I0.5 6号选手按纽SB7I0.6 7号选手按纽SB8I0.7 8号选手按纽输出HRQ5.0 蜂鸣器HL1Q4.0 1号选手指示灯HL2Q4.1 2号选手指示灯HL3Q4.2 3号选
14、手指示灯HL4Q4.3 4号选手指示灯HL5Q4.4 5号选手指示灯HL6Q4.5 6号选手指示灯HL7Q4.6 7号选手指示灯HL8Q4.7 8号选手指示灯HL9Q5.1选手编号数码显示HL10Q5.2 HL11Q5.3HL12Q5.4 HL13Q5.5 HL14Q5.6 HL15Q5.7 HL16Q6.0时间倒计时数码显示(十位)HL17Q6.1HL18Q6.2HL19Q6.3HL20Q6.4HL21Q6.5HL22Q6.6HL23Q7.0时间倒计时数码显示(个位)HL24Q7.1HL25Q7.2HL26Q7.3HL27Q7.4HL28Q7.5HL29Q7.63.2根据控制要求进行梯形图设
15、计(一号选手抢答按钮)(二号选手抢答按钮)(三号选手抢答按钮)(四号选手抢答按钮)(五号选手抢答按钮)(六号选手抢答按钮)(七号选手抢答按钮)(八号选手抢答按钮)（主持人闭合抢答开关，即I1.0闭合，抢答开始。8组选手任一选手按其抢答按钮，将其输出自锁。当抢答结束或无人抢答时，主持人打开开关S,即I1.0打开，系统清零）（1号选手指示灯）（2号选手指示灯）（3号选手指示灯）（4号选手指示灯）（5号选手指示灯）（6号选手指示灯）（7号选手指示灯）（8号选手指示灯）（优先抢答的选手对应的指示灯亮。该段梯形图使用互锁。一旦有选手选中，其他选手抢答无效）（TI为特殊的定时器，其定时为30秒，输出16进
16、制。8位选手一旦其中一位抢答成功，M1.0常闭触电断开，T1以BCD输出）（蜂鸣器）数码管1选手编号（选手编号显示数码管a段）（选手编号显示数码管b段）（选手编号显示数码管c段）（选手编号显示数码管d段）（选手编号显示数码管g段）（选手编号显示数码管f段）（选手编号显示数码管e段）数码管2计时器十位（数码管十位d段）（数码管十位a段）（数码管十位e段）（数码管十位b段）（数码管十位f段）（数码管十位c段）（数码管十位g段）（数码管十位g段）（数码管十位f段）数码管3计时器个位（数码管个位c段）（数码管个位b段）（数码管个位a段）（数码管个位g段）（数码管个位f段）（数码管个位e段）（数码管个位
17、d段）3.3 STL语言25 3.4程序的下载、安装和调试通过可编程序控制器以及可编程序控制器试验箱对程序进行调试。首先打开可编程序控制器以及可编程序控制器试验箱，输入源程序。然后选择运行档位使其运行，最后对其工作结果进行调试。4.课程设计总结 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和电脑成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻
18、炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。同时通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。同时要感谢指导老师的耐心细致教育，使我们认识到电子信息时代对我们的要求，以及培养我们一些在课堂上所学习不到的东西，使我们受益匪浅。5.参考文献1电气控制与PLC案例教程，胡汉文 张鑫主编2PLC应用技术， 弭洪涛主编3可编程控制器原理与实践教程， 王整风 谢云敏主编4 谢克明、夏路易、可编程控制器原理与程序设计 M .北京：电子工业出版社，2005.1-20.5郑成、现代可编程序控制器原理及应用M、北京：科学出版社，1999.6 江秀汉、可编程序控制原理及应用M、 西安：西安电子科技大学出版社，19987高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004
